(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気システム（４）用の排気ガス処理装置であって、
担持物質（６）によりハウジング（２）で径方向に支持され、支持装置（８）により前記ハウジング（２）で軸線方向に支持される、少なくとも１個の排気ガス処理エレメント（３）を有し、
前記支持装置（８）はキャリア（９）を有し、当該キャリア（９）は前記ハウジング（２）に、少なくとも１箇所の結合箇所（１１）で結合され、また、前記排気ガス処理エレメント（３）と軸線方向に接触する支持物質（１０）を保持する少なくとも１個の容器（１２）を有し、
前記キャリア（９）は、前記各容器（１２）から前記各結合箇所（１１）に向かって径方向に広がる、軸線に垂直な断面輪郭（１３）を有し、
前記支持物質（１０）はワイヤメッシュであり、
前記支持物質（１０）はリング体を形成し、
前記容器（１２）は、軸線方向において前記排気ガス処理エレメント（３）に向かって開いた、U字形断面を有するリング形状の溝を有し、
前記容器（１２）は、前記キャリア（９）とは別個に製造される部品として形成され、前記キャリア（９）に付加されるものであり、または
前記容器（１２）は前記キャリア（９）に一体成型され、または
前記容器（１２）は２個の容器部分（１６、１７）からなり、一方の前記容器部分（１６）は前記キャリア（９）に一体成型され、他方の前記容器部分（１７）は前記キャリア（９）とは別個に製造される部品として形成され、前記キャリア（９）に付加され、
前記キャリア（９）は、互いに円周方向に距離を置いた複数の結合箇所（１１）により前記ハウジング（２）に取り付けられ、
前記キャリア（９）は、隣り合う結合箇所（１１）の間では、前記ハウジング（２）から距離を置いており、
前記キャリア（９）は、前記隣り合う結合箇所（１１）の間で、ドームまたはアーチとして具現化されている。
【請求項２】
請求項１に記載の排気ガス処理装置であって、以下を特徴とするもの：
前記キャリア（９）及び／または前記容器（１２）は、リング形状に設計され、円周方向において中断部（１５）を有し、前記中断部は、特に、前記結合箇所（１１）の一つの領域に位置している。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排気ガス処理装置であって、以下を特徴とするもの：
少なくとも１個の前記結合箇所（１１）が、前記排気ガス処理エレメント（３）から軸線方向に距離を置いて配置され、または
少なくとも１個の前記結合箇所（１１）が、前記排気ガス処理エレメント（３）の軸線方向内側に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に動力車両における、内燃機関の排気システム用の排気ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス処理装置、例えば触媒や粒子フィルタは、通常、少なくとも１個の排気ガス処理エレメントを、すなわち、特に、少なくとも１個の粒子フィルタエレメントまたは少なくとも１個の触媒エレメントを、有している。前記各排気ガス処理エレメントは、前記排気ガス処理装置のハウジングに、担持物質により半径方向に支持されている。前記担持物質は担持マットであり得、それは前記排気処理エレメントの挿入により前記ハウジング内で半径方向に圧迫される。前記担持物質は前記排気ガス処理エレメントが前記ハウジングと直接接触するのを防ぎ、また、例えば、振動減衰効果も有する。これは、前記各排気ガス処理エレメントが非常に硬いまたは脆い物質で製造されている時、特に必要なことである。例えば、かかる排気ガス処理エレメントはセラミック物質、例えばコーディエライトで製造され、このような場合には、前記各排気ガス処理エレメントはまた、単一ブロックとして製造され得る。加えて前記担持物質は、通常、前記排気ガス処理エレメントを前記ハウジング内で軸線方向に固定する。
【０００３】
前記排気ガス処理エレメントにおける流動抵抗は、前記排気ガス処理エレメントに、前記各排気ガス処理エレメントを前記排気ガスの流れ方向に動かそうとする軸線方向の力をもたらす。前記排気ガス処理装置の負担、例えば煤やその他の汚れによるもの、が大きくなるにつれ、前記排気ガス処理エレメントの前記流動抵抗も増大する。さらに、運転操作、例えば乗り物のオフロード操作、の間に生じる振動も、同様に前記排気ガス処理エレメントのハウジングに対する長手方向加速を生成し得る。前記排気ガス処理エレメントと前記ハウジングの間の軸線方向接触は、前記排気ガス処理エレメントの破損リスクを低減するため、避けるべきものである。前記排気ガス処理エレメントを、支持装置の助けを借りて前記ハウジングに軸線方向に支持することは、基本的に可能である。かかる支持装置は、例えば、前記各排気ガス処理エレメントに軸線方向に支持されるワイヤメッシュリングを保持する容器を有し得る。前記容器は前記ハウジングに直接取り付けることもできる。
【０００４】
しかしながら、大排気量の内燃機関用に設計された排気ガス処理システムでは、前記各排気ガス処理エレメントに作用する、極端に高い圧縮力は、結果的に、前記支持装置に対しては、高い負荷につながる。さらに、大型の排気ガス処理エレメントでは、結果的に、前記担持物質も大寸法でなければならず、従って、前記各支持装置の助けで橋渡しされねばならない半径方向の隙間も大きくなる。前記ハウジングに直接取り付けられた容器の場合、てこの力が大きくなると負荷も大きくなる。従って、負荷の状態と運転操作との構成が不運なものであると、前記支持装置が破損し得、それは前記排気ガス処理エレメントの破損リスクにつながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、導入部で定義された形式の排気ガス処理装置の改良された実施形態であって、特に、前記ハウジングで前記排気ガス処理エレメントを軸線方向に効率的に支持することを可能にするものを提供するという課題に関わるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、かかる課題は、本発明の独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は従属請求項の主題である。
【０００７】
本発明は、前記排気ガス処理エレメントに対する支持物質の保持と位置決めの機能を、前記ハウジングでの前記支持装置の軸線方向支持を提供するという支持機能から分離するという、一般的なアイデアに基づく。これに関し本発明は、キャリア―それは一端で、少なくとも１個の結合箇所により前記ハウジングに取り付けられ、他端には、前記各排気処理エレメントに軸線方向で接触する支持物質を保持する、少なくとも１個の容器を有している―を提案する。加えて、前記キャリアは、前記各容器と前記ハウジングとの間の軸線方向の力の伝達に資する、特別な断面輪郭を有している。これに関し前記キャリアは、前記各容器から前記各結合箇所に向かって、軸線方向に断面が広がる設計となっている。このかぎりでは、前記キャリアは円錐形に設計されている。この特別の断面形状のため、前記キャリアは、前記キャリアに過度の曲げ応力を生じることなく、前記各容器から前記ハウジングへ、軸線方向の力を特に効率的に伝達することができる。むしろ前記キャリアは、設計によりけりであるが、主として引張応力または主として圧縮応力を受ける。このようにして、前記排気ガス処理エレメントと前記ハウジングの間で、前記支持装置の破損を招くこともなく、比較的大きな力を伝達することができる。
【０００８】
前記支持物質がワイヤメッシュで、特に、前記支持物質がリング体を形成できる実施形態は、特に有利である。このようにして、前記排気ガス処理エレメントの、円周方向における、閉じたリング形状の軸線方向支持が達成される。
【０００９】
前記各支持物質を保持し位置決めをする前記容器は、様々な手法で前記キャリアに実現できる。例えば前記容器は、前記キャリアとは別に製造される部品として形成し、前記キャリアに取り付けることができる。それに代わり、前記容器を前記キャリアに一体成型することもできる。特に好都合な実施形態では、前記容器は２個の容器部分からなり、その一方は前記キャリアに一体成型され、他方は、前記キャリアとは別に製造される部品として形成され、それに付加される。
【００１０】
特に有利な実施形態では、前記キャリアは、互いに円周方向に距離を置いた複数の結合箇所で前記ハウジングに取り付けられ、前記キャリアは、隣り合う結合箇所の間では前記ハウジングから距離を置いている。前記キャリアは、特に、隣り合う２箇所の結合箇所の間において、ドームまたはアーチの形で具現化され得る。これらの実施形態は、分割された支持でも力の十分な伝達が実現可能という発見に基づく。これらの実施形態は、特に、隣り合う結合箇所の間に、プローブまたはセンサを、それらによって、例えば、圧力、温度、排気ガスの組成などが検知できるように、配置することが可能となる。
【００１１】
本発明の他の重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、及び図面に基づく個々の形象の説明より明らかとなる。
【００１２】
前述の、あるいは後述する特徴は、ここに示された特定の組み合わせでのみ用いられるのではなく、本発明の範囲を逸脱しない限り、他の組み合わせでも、あるいは単独でも、用いられることは自明である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、特に、前記ハウジングで前記排気ガス処理エレメントを軸線方向に効率的に支持することを可能にする排気ガス処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】は、排気ガス処理システムの高度に簡略化された長手方向断面を示す図である。
【図２】は、図１のIIの部分の拡大詳細を示す図である。
【図３】は、前記排気ガス処理装置の、図１の断面ラインIIIによる軸線方向断面を示す図である。
【図４】は、図２と同様の詳細図であるが異なる実施形態を示す図である。
【図５】は、図２と同様の詳細図であるが異なる実施形態を示す図である。
【図６】は、図２と同様の詳細図であるが異なる実施形態を示す図である。
【図７】は、図２と同様の詳細図であるが異なる実施形態を示す図である。
【図８】は、図２と同様の詳細図であるが異なる実施形態を示す図である。
【図９】は、図２と同様の詳細図であるが異なる実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好ましい典型的実施形態は、図面に描写され、以後の記述で詳細に説明される。そこでは、同一の引用符号は同一または類似の部品または同じ機能を有する部品を示す。
【００１６】
模式図において、図１は排気ガス処理システムの高度に簡略化された長手方向断面を示し、図２は図１のIIの部分の拡大詳細を示し、図３は前記排気ガス処理装置の、図１の断面ラインIIIによる軸線方向断面を示し、図４から図９は図２と同様の詳細図であるが異なる実施形態を示す。
【００１７】
図１によれば、排気ガス処理装置１はハウジング２を有し、その中には少なくとも１個の排気ガス処理エレメント３が配置されている。前記排気ガス処理装置１は、動力車両に搭載し得る内燃機関の、ここでは部分的にのみ示す排気システム４内で用いられる。例えば、前記排気ガス処理装置１は、粒子フィルタ、特に煤フィルタを含み得、または触媒、特に酸化触媒を含み得る。従って、前記少なくとも１個の各排気ガス処理エレメント３は、粒子フィルタエレメントまたは触媒エレメントである。かかる排気ガス処理装置１の好ましい実施形態においては、前記各排気ガス処理エレメント３は、セラミック物質から、特に単一ブロックを実現するように、製造される。
【００１８】
この例では、排気ガス転換エレメント３が１個だけ示されている。前記排気ガス処理装置１は、本質的に、複数の排気ガス処理エレメント３を含んでいても良いことは明らかである。複数の排気ガス処理エレメント３は直列に、特に軸線方向―矢印で示す流れ方向５に一致する―に直列に配置し得る。
【００１９】
前記排気ガス処理エレメント３は、担持物質６により、前記ハウジング２で半径方向に支持される。前記担持物質６は、好ましくは、前記排気ガス処理エレメント３を外周に沿って囲む担持マットである。前記担持物質６は繊維物質、特にセラミック繊維物質であり得る。好都合にも、前記排気ガス処理装置１の組立工程において、前記担持物質６は前記排気ガス処理エレメント３と前記ハウジング２の間で半径方向に圧迫され、これにより、前記排気ガス処理エレメント３の前記ハウジング２に対する半径方向の位置決めと固定が実現される。落ち着き及び経年現象のため、前記担持物質６の前記半径方向の圧力とこれによる保持力は、前記排気ガス処理装置１が稼働する間に低下し得る。加えて、特に、高い軸線方向負荷のために、前記ハウジング２で前記排気ガス処理エレメント３の軸線方向支持として大がかりなものが、すなわち前記排気ガス処理エレメント３の流出端７に、必要である。前記排気ガス処理エレメント３に作用し、前記排気ガス処理エレメント３を前記排気ガスの流れの方向５に動かす、高い軸線方向力は、特に、汚れによる負荷の増大で前記排気ガス処理エレメント３の流動抵抗が増大した時に起きる。さらに、前記排気ガス処理エレメント３を軸線方向に、すなわち前記流れの方向５と平行に加速する振動も、この排気ガスシステム４を装備した乗り物の操作中に起こり得る。かかる振動は特に、乗り物のオフロード操作で起こり得る。
【００２０】
前記ハウジング２で前記排気ガス処理エレメント３を軸線方向に支持するため、支持装置８が設けられている。それはキャリア９と支持物質１０を有する。前記キャリア９は前記ハウジング２に少なくとも１個の結合箇所１１で結合され、また、前記支持物質１０を保持するように設計された、少なくとも１個の容器１２を有する。前記各容器１２は、前記支持物質１０を、それが前記排気ガス処理エレメント３の前記流出端７と軸線方向に接触するように、保持する。前記キャリア９はまた、前記軸線方向、すなわち前記排気ガスの流れの方向５において、前記各容器１２から前記各結合箇所１１に向かって広がる断面輪郭１３を有するように設計されている。これにより、前記キャリア９は、長手方向断面で円錐形輪郭を有する及び／または円錐形断面輪郭１３を有する。
【００２１】
支持物質１０は、好ましくはワイヤメッシュで、圧縮され得、前記排気ガス処理エレメント３の、極めて安定ながら弾性的に屈服し得る支持を提供する。前記ワイヤメッシュ物質１０の弾性は、前記支持物質１０と前記排気ガス処理エレメント３の間の接触領域内部で圧力が頂点に達することを確実に防止する。前記支持物質１０は、円周方向に閉じた輪郭を有するリング体を有していることが好ましい。これにより、前記排気ガス処理エレメント３の、比較的小さな支持力での均一な支持が実現できる。
【００２２】
前記容器１２は、前記リング形状の支持物質１０にぴったり合う、リング形状に形成されたＵ字形断面の溝として設計するのがよい。さらに、この溝は、前記排気ガス処理エレメント３に向けて軸線方向に開いている。前記支持物質リング体１０はこの受け入れ溝１２に軸線方向に挿入される。前記支持物質１０を前記受け入れ溝１２の中に十分に落ち着かせるため、支持物質１０を半径方向に圧迫することもできる。
【００２３】
図３は、閉じた軸線方向経路と開いた軸線方向経路の交互配置を示す、前記排気ガス処理エレメント３の市松模様構造を示している。閉鎖経路と開放経路をこのように配置することは、特に、粒子フィルタに見受けられる。しかしながら、前記排気ガス処理エレメント３のこのような設計は一般的に知られているので、これ以上説明しない。前記支持物質１０は前記排気ガス処理エレメント３を、好ましくは外周領域の中でも外側に向かって比較的遠い箇所で軸線方向に支持しており、前記排気ガス処理エレメント３の可能な限り小さい流動断面は前記支持物質１０で覆われる。支持物質１０としてワイヤメッシュを使用することには、ワイヤメッシュは気密に設計されてはいないため、それで覆われた前記排気ガス処理エレメント３の経路が閉ざされないという利点がある。
【００２４】
前記キャリア９は、本質的に、リング形状に設計し得る。前記キャリア９は、前記ハウジング２に、単一の結合箇所１１で、とりわけリング形状に設計されたもので、取り付けられるのがよい。前記結合箇所１１は、例えば溶接により実現され得る。それに代わり、前記キャリア９を前記ハウジング２に、互いに円周方向に距離を置いた複数の結合箇所１１より取り付けることも可能である。特に、図３によれば、前記キャリア９が、隣り合う結合箇所１１の間で、前記ハウジング２から半径方向に距離を置くように設計することが可能である。図３に示す好ましい実施形態によれば、前記キャリア９は、２個の隣り合う結合箇所１１の間で、ドームまたはアーチの形で設計され得る。このようにして、隣り合う結合箇所１１―それらは、例えば、仮付け溶接であり得る―の間に軸線方向の貫通開口１４が形成される。かかる貫通開口は、一方では前記キャリア９の、そして支持装置８の、質量軽減につながる。他方、これらの貫通開口１４は、例えば圧力、温度及び／または排気ガスの組成などを計測するため、センサもしくはプローブまたはそれに類するもの（ここには図示しない）を前記支持装置８に通すのにすぐ利用できる。
【００２５】
図３はまた、特別な実施形態を示すものである。そこでは、本質的にリング形状のキャリア９と、これまたリング形状である容器１２が、付加的にまたは代替的に、円周方向において、スロットまたは間隙の形の中断部１５を有している。このようにして、前記支持装置８は、一部が図示されている前記ハウジング２の異なる直径に適応され得る。このようにして、前記支持装置８は、比較的高い公差許容性を有する。図３によれば、前記中断部１５は前記結合箇所１１の一つの領域に位置しているのがよい。このようにして、前記キャリア９及び／または前記容器１２の寸法が決められた、及び／または調整されたときは、それは設置状態に固定される。
【００２６】
図２及び図４から図９によれば、例としてのみ図示するものであるが、前記容器１２の実現には異なったやり方がある。例えば、前記容器１２は、前記キャリア９とは別個に製造される部品として形成され、前記キャリア９に付加され得る。このような実施形態は、例えば図４に示される。これの代替手法として、前記容器１２は前記キャリア９に一体成型されてもよい。このような一体設計は、図６から図９の実施形態の典型として示されている。これに代わり、混合設計も構想可能である。そこでは、図２及び図５の実施形態によれば、前記容器１２は２個の容器部分１６、１７からなる。一方の容器部分１６は前記キャリア９に一体成型され、他方の容器部分１７は、前記キャリア９とは別個に製造される部品として形成され、前記キャリア９に付加され得る。例えば、この別個の容器部分１７は、スポット溶接または仮付け点１８で、前記キャリア９及び／または他のもの及び／または一体容器部分１６に固定的に取り付けられる。
【００２７】
図２、図４、及び図５の実施形態では、前記各結合箇所１１は、前記排気ガス処理エレメント３から軸線方向に距離を置いて配置される。前記各結合箇所１１は、流れの方向５において、前記排気ガス処理エレメント３の前記流出端７の下流にある。このようにして、前記各キャリア９は、前記排気ガス処理装置１の稼働中、本質的に圧縮応力を受ける。
【００２８】
それと対照的に、図６から図９までは、前記各結合箇所１１が前記排気ガス処理エレメント３の軸線方向内側となるように前記キャリア９を設計した実施形態を示す。前記各結合箇所１１は、その時、前記流れの方向５に関し、前記排気ガス処理エレメント３の前記流出端７よりも上流に位置している。これらの実施形態においては、前記キャリア９は、前記排気ガス処理装置１の稼働中、主に引張応力を受ける。
【００２９】
前記キャリア９は様々な方法で実現し得る。例えば、前記キャリア９は前記ハウジング２に一体成型し得る。かかる実施形態は、例えば図６に示されている。そこでは、それ以外の場所では円筒形の前記ハウジング２は、前記キャリア９を構成する端部を有し、そこに前記容器１２が一体成型され得る。
【００３０】
それ以外の、図２、図４、図５、及び図７から図９までの実施形態では、前記キャリア９は、前記ハウジング２と別個に製造された部品として形成され、前記ハウジング２に適宜の手法で取り付けられる。前記キャリア９は、前記ハウジング２の円筒形領域内で、例えば適宜のスポット溶接または仮付け点により、前記ハウジング２に対し容易に、永久的に取り付けられ得る。それと対照的に、図７に示す実施形態では、前記キャリア９が前記ハウジング２の円筒形ジャケット２０の軸方向端縁１９に、例えばその箇所での溶接２１により、結合されている。前記キャリア９は、前記ジャケット２０内に軸線方向に挿入し得る。前記支持装置８の領域において、ここでは、前記ハウジング２は漏斗２２で補完されている。漏斗２２はその外側で前記ジャケット２０に取り付けられ、例えば、その外側で前記ジャケット２０に、その箇所での溶接２３により、気密に結合される。
【００３１】
図８に示す実施形態では、前記キャリア９はその外側で前記ジャケット２０に取り付けられ、前記ハウジング２にその外側で、対応する結合箇所１１により固定されており、前記結合箇所は、特に、周辺溶接２４で形成されている。この実施形態では、前記漏斗２２はその外側で前記キャリア９に取り付けられ、そこで、例えば周辺溶接２５により前記キャリア９に固定される。同様に、前記キャリア９と前記漏斗２２を前記ジャケット２０に共有溶接で結合することも基本的に可能である。
【００３２】
図９は他の実施形態を示す。そこでは前記キャリア９が前記ジャケット２０に挿入され、前記漏斗２２がその外側で前記ジャケット２０に取り付けられている。この例では、前記キャリア９を前記ジャケット２０に取り付け、前記漏斗２２を前記ジャケット２０に取り付けるのに共有溶接２６が用いられており、前記溶接は、前記ハウジング２の内側で、前記ジャケット２０の軸線方向端面１９に対して行われる。図１、図２及び図４から図９まででは、前記排気ガス処理装置１の長手方向中央軸線２７も一点鎖線で示されている。
【符号の説明】
【００３３】
１    排気ガス処理装置
２    ハウジング
３    排気ガス処理エレメント
４    排気システム
５    流れの方向
６    担持物質
７    流出端
８    支持装置
９    キャリア
１０    支持物質
１１    結合箇所
１２    容器
１３    断面輪郭
１４    貫通開口
１５    中断部
１６、１７    容器部分
１８    仮付け点
１９    軸方向端縁
２０    ジャケット
２１    溶接
２２    漏斗
２３    溶接
２４、２５    周辺溶接
２６    共有溶接
２７    長手方向中央軸線
【図１】
0005354783.tif 000002
【図２】
0005354783.tif 000003
【図３】
0005354783.tif 000004
【図４】
0005354783.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005354783.tif 000007
【図７】
0005354783.tif 000008
【図８】
0005354783.tif 000009
【図９】
0005354783.tif 000010